針對大面積農田土壤中低重金屬污染治理,2019年農業農村部印發的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦名錄》中提出的通過添加外源物降低農作物重金屬積累以進行邊生產邊修復是保障農產品安全生產和高效利用土地資源的經濟有效措施,是目前解決糧食安全與土壤污染治理緩慢尖銳矛盾的最佳方法。納米顆粒(nanoparticles,NPs)因自身巨大的比表面積、較強的催化和吸附等能力對重金屬污染水體和土壤重金屬具有極佳的修復效果,納米−植物聯合修復被認為是當前解決植物修復瓶頸的有效手段。其中納米硫(SNPs)作為一種新興納米材料,在農藥、殺菌劑、醫藥、纖維工業等方面均有著重要的應用,然而目前國內外就SNPs對植物的效應評價研究甚少。S作為植物生長必需元素不僅是植物生長代謝所需含S氨基酸和蛋白質的重要來源,而且在植物抵御重金屬等逆境脅迫中扮演著重要角色。S元素作用的關鍵在于巰基(-SH)功能團,-SH具有清除自由基,防止植物氧化損傷,同時能與重金屬結合,避免重金屬損傷質膜和細胞的作用。SNPs是否較傳統硫肥在提高作物產量、改善作物品質和抵御逆境脅迫方面作用更佳值得研究。

 

 

  觀賞植物研究中心原海燕團隊首次評價了SNPs對作物生長和積累重金屬Hg、Cu、As、Pb的作用,發現SNPs不僅可以顯著提高油菜、水稻作物產量,而且對降低作物Hg、Cu、As、Pb積累,緩解重金屬毒害均具有非常顯著的效果。其中,SNPs可降低油菜根系和地上部Hg含量6-10倍,降低Cu含量37.6%和35%,水稻根系、地上部、劍葉、籽粒As含量分別下降69%、38%、18%和54%。另外,與普通硫肥相比,SNPs在提高作物產量和阻控重金屬積累方面效果均顯著優于普通硫肥。這些結果都表明利用SNPs輔助油菜、水稻在中低重金屬污染農田進行種植生產具有非常強的可行性和可操作性。

 

圖:SNPs對油菜、水稻生長及Hg、Cu、As積累的影響

  近日,以上研究成果中 “Sulfur nanoparticles improved plant growth and reduced mercury toxicity via mitigating the oxidative stress in Brassica napus L” 已發表于環境領域TOP期刊Journal of Cleaner Production,“Co-exposure of sulfur nanoparticles and Cu alleviate Cu stress and toxicity to oilseed rape Brassica napus L.”被Journal of Environmental Sciences接受待刊,原海燕為論文第一作者和通訊作者,美國馬薩諸塞大學Om Parkash Dhankher教授為共同通訊;另外“Nanoscale Sulfur Improves Plant Growth and Reduces Arsenic Toxicity and Accumulation in Rice (Oryza sativa L.)”在環境領域權威期刊Environmental Science &Technology發表,Om Parkash Dhankher教授為通訊作者,原海燕參與完成了部分研究工作。上述研究分別得到了江蘇省社會發展項目(BE2018715)、國家自然科學基金(41907135)和美國農業部(USDA-NIFA-2019-05664)等項目的資助。

 

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128589

     https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.09.040

     https://doi.org/10.1021/acs.est.1c05495

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